高爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整是源頭減排的必然趨勢

眾所周知，我國鋼鐵工業(yè)是以焦化—燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐的長流程為主，而從焦化到高爐的煉鐵流程承擔著60%的能源消耗、70%的噸鋼成本、90%的污染物排放總量。高爐冶煉離不開焦炭，更需要大量使用塊狀物料，燒結(jié)礦和球團礦就是優(yōu)質(zhì)的人造塊礦。我國的高爐爐料結(jié)構(gòu)以高比例燒結(jié)礦為主，冶煉每噸生鐵需要1.6噸左右的礦石。我國爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦占比達到75%左右，以2016年我國生鐵產(chǎn)能7億噸計算，需要燒結(jié)礦約11億噸。10多億噸的礦粉需要燒結(jié)造塊，造成大量的能源消耗和污染物排放。

減少能源消耗，降低污染物排放，發(fā)展綠色鋼鐵成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重點任務(wù)之一?，F(xiàn)有的污染物治理都是以末端治理為主，氣體形態(tài)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w形態(tài)，未被很好地資源化利用，大多數(shù)處于積存狀態(tài)。而一些工業(yè)粉塵富集了大量的堿金屬和鋅等元素，未被很好地處理和使用，也造成環(huán)境的再次污染。在生產(chǎn)制造過程中，減少污染物的生成，把污染物控制在源頭生成階段，減少大量的環(huán)保投資和運行費用是治理的根本途徑。隨著排放標準越發(fā)嚴格，污染物治理范圍加大，環(huán)保治理將成為影響企業(yè)生存的重要因素。因此，借鑒歐美等發(fā)達國家和地區(qū)鋼鐵工業(yè)發(fā)展經(jīng)驗，調(diào)整現(xiàn)有高爐爐料結(jié)構(gòu)，減少燒結(jié)礦的使用，多使用相對清潔的球團礦和塊礦進行高爐冶煉，是實現(xiàn)源頭減排的必然趨勢。

我國鋼鐵工業(yè)的排放現(xiàn)狀

現(xiàn)有的高爐煉鐵流程，污染物和能源消耗所占比例較大，一直是污染物治理和節(jié)能降耗的關(guān)鍵區(qū)域。能源消耗占鋼鐵總消耗的60%，污染物排放占鋼鐵流程總排放量的90%。如果按2016年全國生鐵產(chǎn)量7億噸估算，高爐煉鐵流程每年產(chǎn)生的煙氣粉塵約100萬噸、SO2約160萬噸、NOx約60萬噸。在整個鋼鐵流程中，原燃料制備環(huán)節(jié)的粉塵排放占整個流程粉塵排放總量的60%、SO2占整個流程SO2排放總量的93.5%、NOx占整個流程NOx排放總量的73.4%。其中，燒結(jié)工序排放比例最高，粉塵排放占35.4%、SO2排放占67%、NOx排放占51.1%。球團工序的污染物排放遠低于燒結(jié)工序，粉塵排放占5.2%，是燒結(jié)工序的1/7；SO2排放占20.1%，是燒結(jié)工序的1/3；NOx排放占10.4%，是燒結(jié)工序的1/5。高爐工序粉塵排放在整個鋼鐵流程粉塵排放中占20.6%、SO2排放占1.6%、NOx排放占14.2%。煉鋼和軋鋼工序粉塵排放占19.2%、SO2排放占2.1%、NOx排放占7.8%。因此，要實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展，需要調(diào)整現(xiàn)有高爐爐料結(jié)構(gòu)，降低燒結(jié)礦的使用比例，提高球團礦使用比例，如果多使用塊礦，污染物排放比例將更低。

目前，現(xiàn)有脫硫方式使得氣態(tài)污染物變?yōu)楣虘B(tài)形式，脫硫產(chǎn)物并未被很好地資源化利用，很多脫硫后生成的亞硫酸鈣、硫酸鎂和石膏等產(chǎn)物純度不夠，只能作為固體廢棄物進行堆放。

我國高爐的爐料結(jié)構(gòu)

我國高爐爐料結(jié)構(gòu)以高比例燒結(jié)礦配加少量酸性球團礦或天然塊礦為主，燒結(jié)礦平均配比在75%左右。很多鋼鐵企業(yè)對外礦石依存度達到或超過80%，大部分進口礦以粉狀料為主，通過配加石灰石或白云石等熔劑進行燒結(jié)造塊。高堿度燒結(jié)礦還原性能好，冶金性能優(yōu)良，有利于高爐冶煉。

高品位天然塊礦可以直接入爐使用，但因天然塊礦的熱爆性能差，還原性能不足，造成配加比例較小，國內(nèi)高爐塊礦平均配比在10%左右。目前，國內(nèi)操作最好的高爐塊礦比例能夠長期配加到25%左右，還不能實現(xiàn)更大比例的配加。但因我國是以貧礦為主的國家，高品位礦石缺乏，進口礦近年也出現(xiàn)質(zhì)量下降、品位降低的現(xiàn)象，導致塊礦資源冶煉經(jīng)濟性降低。

球團礦配加比例主要受礦粉資源和精礦粉價格限制，球團礦成本偏高，行業(yè)平均配比在15%左右。我國鐵礦石儲量巨大，但平均品位較低（35%左右），需要經(jīng)過選礦富集。像東北、華北地區(qū)的變質(zhì)—沉積磁鐵礦儲量超過200億噸，且可選性能好，經(jīng)選礦后可以獲得含鐵65%以上的精礦。這類富選鐵精粉粒度細，很適于造球。但由于選礦成本高，其被低價進口鐵礦石沖擊，開采規(guī)模減少。

近10年間，國內(nèi)球團礦配加比例呈現(xiàn)正弦曲線波動趨勢（如附圖所示），配加比例在環(huán)保政策比較寬松時期與鐵礦粉價格有一定的對應(yīng)性。鐵礦粉價格升高，與造球鐵精粉價格差距縮小后，企業(yè)開始大量使用球團礦。而鐵礦粉價格降低，尤其是外礦粉價格更低時，與國內(nèi)鐵精粉成本差距較大，使得造球成本比燒結(jié)礦升高較多，各企業(yè)為降低成本，開始減量使用球團礦。2010年前后，球團礦比例最高接近20%，這也是鐵礦粉價格較高的時期。2012年以后，受進口礦價格降低的影響，球團礦比例有所降低。

在鋼鐵工業(yè)開始進行限制、淘汰落后產(chǎn)能的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革時期，球團礦使用比例和鐵礦粉價格對應(yīng)關(guān)系即將出現(xiàn)改變。尤其是2015年以后受環(huán)保限產(chǎn)影響，燒結(jié)礦的弊端逐漸顯現(xiàn)出來，球團礦比例又呈現(xiàn)升高趨勢。2016年造球鐵精粉和商品球團礦銷售量增加，部分鋼鐵企業(yè)意識到需要提高球團礦比例、降低燒結(jié)礦比例來維持高爐順行。

目前，國內(nèi)使用球團礦比例較高的主要鋼鐵企業(yè)如首鋼遷鋼、首鋼京唐、太鋼等，比例接近30%，河鋼高爐球團礦使用比例在10%~25%。大量燒結(jié)礦入爐，造成入爐品位低，有些小高爐入爐礦品位為52%~53%，渣比接近500kg/t。大高爐入爐礦品位整體較高，2000m3以上高爐入爐礦品位平均在57%左右，國內(nèi)4000m3以上高爐入爐礦品位平均在59%左右。高比例球團礦的使用有利于降低燃料比，增加產(chǎn)量，改善高爐指標。

發(fā)達國家和地區(qū)的爐料結(jié)構(gòu)

歐洲和北美受環(huán)保因素的影響，高爐爐料結(jié)構(gòu)由高比例燒結(jié)礦轉(zhuǎn)變?yōu)楦弑壤驁F礦，很多高爐使用全球團礦冶煉。尤其是瑞典和芬蘭的鋼鐵企業(yè)，基于環(huán)保政策，取消燒結(jié)機，使用全球團礦冶煉，場內(nèi)廢料采用冷壓塊的方式投入高爐冶煉。而北美的高爐爐料結(jié)構(gòu)也是以球團礦冶煉為主，燒結(jié)機承接處理篩下粉末和回收廢料的功能。歐美部分鋼鐵公司高爐爐料結(jié)構(gòu)如附表所示。

調(diào)整高爐爐料結(jié)構(gòu)面臨的困難

鋼鐵成本壓力。包括我國在內(nèi)的亞洲地區(qū)高爐多數(shù)是以高比例燒結(jié)礦為主，燒結(jié)礦可以使用粉狀物料，大多數(shù)以進口鐵礦粉為主，進口鐵礦粉品位高、價格便宜，這就造成燒結(jié)礦成本相對較低。相反，生產(chǎn)球團礦要以鐵精粉為主，國內(nèi)礦山鐵精粉成本較高，進口鐵精粉價格更貴，這就造成球團礦成本升高。從原燃料使用成本來看，球團礦成本要高于燒結(jié)礦成本。另外，國內(nèi)以生產(chǎn)酸性球團礦為主，SiO2含量偏高，冶煉不經(jīng)濟，高爐不能高比例配加，高爐燃耗不能大幅降低，不能彌補原料上升的成本，使得球團礦冶煉的經(jīng)濟性無法發(fā)揮出來，以至于大多數(shù)鋼鐵企業(yè)不愿意也不能大比例使用球團礦。

球團礦制備和高爐冶煉工藝不成熟。降低燒結(jié)礦使用比例進行高爐冶煉有兩個途徑，一是超高堿度燒結(jié)礦配加酸性球團礦或塊礦；二是使用熔劑性球團礦或酸、堿球團礦搭配進行大比例球團礦冶煉。第一種需要超高堿度燒結(jié)礦，使得燒結(jié)礦堿度比現(xiàn)有堿度1.9左右更高，這就造成燒結(jié)生產(chǎn)中需要更多配加熔劑，造成燒結(jié)礦品位的進一步降低，高爐冶煉經(jīng)濟性就會降低。第二種需要使用熔劑性球團，可以實現(xiàn)高爐大比例使用或者全球團礦冶煉，從歐美國家和地區(qū)高比例球團礦冶煉的方式來看，工藝已經(jīng)很成熟，不存在太大難度。

國內(nèi)礦粉的SiO2含量較高，制造熔劑性球團礦的工藝不成熟，存在球團礦熔點低、自身黏結(jié)嚴重、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈厲害、配加熔劑后粉化嚴重等難題，未能得到有效解決，造成工業(yè)生產(chǎn)難度較大。并且球團礦自然堆角較小，高爐布料時易滾動，容易壓制中心氣流，熔劑性球團礦熔點低，過早進行熔化黏結(jié)，影響高爐塊狀帶透氣性，大比例配吃時，高爐出現(xiàn)難行等問題，都限制了高爐大比例使用球團礦。

天然塊礦無法大比例配加。天然塊礦品位高，粒度均勻，只需使用篩分設(shè)備即可，在礦石開采過程中成本相對于鐵精粉低很多，不用額外添加燃料進行造塊，相比于燒結(jié)礦和球團礦而言，從環(huán)保角度衡量是最清潔的爐料。但是高品位塊礦資源較少，很多國家限制優(yōu)質(zhì)塊礦資源出口。我國是以貧礦為主的國家，直接入爐的塊礦資源很少，無法大比例使用。因可入爐天然塊礦資源以赤鐵礦和褐鐵礦為主，含有部分結(jié)晶水，在高溫下容易爆裂，并且在雨季攜帶大量粉末入爐，造成高爐無法大量配加。隨著近年來煉鐵水平的提高，很多廠家天然塊礦配加比例在20%左右，個別單位可以配加到30%，但是冶煉難度大，不能大范圍推廣。從經(jīng)濟角度來說，優(yōu)質(zhì)塊礦資源溢價較多，和燒結(jié)礦成本相差無幾，冶金性能和燒結(jié)礦相差太多，也限制其使用量。

調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)方能適應(yīng)未來發(fā)展

無論是燒結(jié)礦、球團礦，還是天然塊礦，都是以高爐能夠正常經(jīng)濟使用為目的，燒結(jié)工藝污染物排放總量大，脫除難度高，勢必被相對清潔的造球工藝或非高爐煉鐵工藝所替代，只是后續(xù)工藝不太成熟，未能夠大范圍進行推廣應(yīng)用，還需要時間而已。我國對熔劑性球團礦的工業(yè)應(yīng)用剛剛開始，還存在諸多難題需要克服。從歐美國家和地區(qū)高爐爐料結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢來看，伴隨我國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀，環(huán)保治理的成本越來越高，鋼鐵企業(yè)不能單獨考慮原燃料成本，還要兼顧環(huán)境資源的和諧。我們需要在現(xiàn)有高爐工藝基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，既減少環(huán)境污染又進行鋼鐵冶煉，這只能通過調(diào)整高爐爐料結(jié)構(gòu)來適應(yīng)未來發(fā)展。按現(xiàn)有酸性球團礦品質(zhì)和燒結(jié)礦工藝來看，達到30%的球團礦比例是可以實現(xiàn)的，要達到60%以上的球團礦比例，需要使用熔劑性球團礦。

按2016年全國生鐵產(chǎn)量7億噸估算，現(xiàn)有燒結(jié)、球團工藝都按達標排放計算，75%燒結(jié)礦替換成60%球團礦，SO2減排20萬噸，NOx減排35萬噸，煙氣粉塵減排4萬噸，CO2減排約5億噸。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。